بخشی از مقاله
چکیده
تشخیص عملکرد جزیره اي یکی از ویژگیهاي مهم حفاظتی پردازشگرهاي توان فتوولتائیک متصل به شبکه می باشد وطبق استانداردهاي شبکه توزیع باید در کمتر از 2ثانیه تشخیص داده شود. روشهاي غیرفعال براي این نوع حفاظت کارآیی مناسبی ندارند. به همین دلیل در پردازشگرهاي توان فتوولتائیک عمدتاً از روشهاي فعال استفاده می شود. یکی از روشهاي فعال اندازه گیري مداوم امپدانس شبکه توزیع از محل منبع فتوولتائیک در فرکانس غیراصلی شبکه می باشد.در هنگام عملکرد جزیره اي امپدانس دیده شده توسط منبع فتوولتائیک به شکل محسوسی افزایش می یابد که همین امر می تواند به عنوان یک راه حل جهت تشخیص عملکرد جزیره اي به کار رود.
در این مقاله ضمن بررسی اصول اولیه این روش، الگوریتم جدیدي جهت پیاده سازي این حفاظت در یک پردازشگر توان فتوولتائیک تکفاز با مدولاسیون تک-قطبی که از کنترل کننده پیش بین جهت تزریق جریان به شبکه استفاده می کند، ارائه خواهدشد. البته روشهاي فعال به علت آنکه اغتشاشی به شبکه وارد می کنند باعث افزایش هارمونیک در شبکه خواهند شد که در روش ارائه شده در این مقاله مقدار هارمونیک جریان خروجی پردازشگر در حدود مجاز خود حفظ میشود. در نهایت امپدانس شبکه با استفاده از روش تحلیل فوریه گسسته در یک بازه لغزان اندازهگیري شده و حفاظت ضدجزیرهاي طبق فلوچارت پیشنهاد شده اعمال میشود.
واژههاي کلیدي: اندازه گیري امپدانس, پردازشگر توان فتوولتائیک متصل به شبکه, تبدیل فوریه گسسته حفاظت ضدجزیرهاي, کنترلکننده پیشبین
مقدمه
هنگام قطع شبکه توزیع، اگر پردازشگر توان متصل به شبکه به تغذیه بارهاي موجود در شبکه ادامه دهد، پردازشگر به صورت جزیرهاي عمل خواهدکرد - شکل. - 1 کارکرد جزیرهاي امري نامطلوب است و پردازشگرهاي توان متصل به شبکه مجاز به عملکرد جزیره اي نیستند. پردازشگر توان متصل به شبکه، مولد توان کوچکی است که امکان حفظ ولتاژ وفرکانس نامی شبکه را ندارد. بنابراین امکان آسیب رسیدن به بارهاي موجود شبکه و پردازشگر توان در عملکرد جزیره اي وجود دارد. بعلاوه ممکن است شبکه به منظور رسیدگی و تعمیرات مورد نیاز قطع گردد. در این حالت چنانچه پردازشگر توان به کار خود ادامه دهد، براي کارگرانی که انتظار قطع کامل شبکه را دارند ایجاد خطر میکند.
از سوي دیگر پردازشگر توان متصل به شبکه، همواره فرکانس خود را با فرکانس شبکه همزمان میکند اما شبکه خود را با پردازشگر توان همزمان نمیکند. بنابراین کارکرد جزیرهاي پردازشگر میتواند در راهاندازي مجدد شبکه ایجاد اختلال کند .[1-3]از آنجا که تاخیر مکانیزم باز-بست تنها بازه زمانی موجود براي تشخیص است، هرروشی که براي تشخیص بکار گرفته شود باید داراي توانایی تشخیص جزیره در این بازه زمانی باشد.هرچند به نظر می رسد بدیهیترین روش تشخیص نظارت بر وضعیت کلیدهاست اما ازآنجا که سیستم توزیع برخلاف سیستم انتقال داراي سیستم جامع گردآوري اطلاعات نیست انجام نظارت فوقالذکر مستلزم صرف هزینه گزاف جهت ایجاد سیستم فوق در شبکه توزیع است.
ازاینرو معمولا از روشهاي دیگري در تشخیص عملکرد جزیره اي بهره گرفته می شود.[2]به طور کلی حفاظتهاي متداول به دو دسته حفاظت هايغیرفعال - - Passive و فعال - - Active تقسیم میشوند.حفاظت هاي غیر فعال پارامترهایی نظیر ولتاژ و فرکانس شبکه را بررسی میکنند. حفاظتهاي فعال با اعمال تغییرات یا اغتشاشاتی به شبکه، با بررسی پاسخ حاصل سعی درتشخیص رخ دادن حالت جزیره دارند.[4-5] یکی ازمشکلات حفاظت ضدجزیره اي پوشش دادن کلیه حالات ارسال توان می باشد. روش هاي فعال از این نظر بسیار بهتراز روش هاي غیرفعال عمل می کنند و نواحی غیرقابل تشخیص در آنها بسیار کوچک است.
از آنها در ادوات تولید پراکنده اي می توان استفاده کرد که داراي مبدل هاي الکترونیک قدرت باشند. از جمله منابع فتوولتائیک که بدون اضافه کردن عنصري به آن می توان این حفاظت را انجام داد .[5]از جمله روش هاي فعال روش اندازه گیري امپدانس در یکفرکانس میانی - - Inter Harmonic میباشد.[6] در این روش در یک فرکانس میانی - مثلاً 75 هرتز - جریان کوچکی نسبت به جریان اصلی به شبکه تزریق می شود. سپس با بررسی پاسخ ولتاژ در حوزه فرکانس - انجام تحلیل فوریه - امپدانس شبکه مشخص میشود و با اندازه گیري مداوم امپدانس و مشاهده تغییرات ناگهانی محسوس در آن عملکرد جزیرهاي را تشخیص داده میشود .[6-8]
در این مقاله ضمن بررسی اصول اولیه این حفاظت، روش جدیدي جهت تزریق جریانی با یک فرکانس میانی در یک اینورتر تک فاز با مدولاسیون عرض پالس تک قطبی که ازکنترل کننده پیش بین براي تزریق جریان به شبکه استفاده می کند، ارائه می شود. همچنین چگونگی پیاده سازي و ترکیب این حفاظت با سیستم کنترلی پردازشگر توان فتوولتائیک بیان خواهدشد سپس الگوریتمی جهت پیادهسازي این روش با استفاده از میکروکنترلر Atmega128 ارائه میشود.
بررسی استانداردهاي شبکه توزیع در ارتباط با منابع تولید پراکنده
دستگاه پردازشگر توان فتوولتاییک متصل به شبکه، مولدکوچکی است که به شبکه توزیع برق متصل میشود. به منظور حفظ پایداري شبکه و برقراري ایمنی مصرف کننده، دستگاه پردازشگر توان ملزم به رعایت استانداردهاي شبکه توزیع میباشد. کیفیت توان تولیدي پردازشگر باید در سطح مجاز باشد. در صورتیکه توان جاري در شبکه استانداردهاي کیفیت توان را نداشته باشد، شبکه دچار خطا شده است وباید تزریق توان به شبکه متوقف گردد. فرکانس شبکه ایران در تمامی سطوح در محدوده 50/3-49/7 هرتز قرار دارد.پردازشگر توان متصل به شبکه باید همواره فرکانس شبکه را نمونه گیري کند.
در صورتیکه در طول شش سیکل، فرکانس شبکه از حد مجاز فاصله داشته باشد، باید تزریق توان به شبکه متوقف شود. سطح ولتاژ مجاز شبکه بین %88 تا %110ولتاژ نامی میباشد، در صورت اختلاف از این سطح تزریق توان به شبکه قطع میگردد. همینطور اعوجاج هارمونیکجریان تولیدي - THD - ، باید کمتر از %5 باشد [2] و .[9]معرفی پردازشگر توان فتوولتائیک و شبکه توزیع متصل به آن پردازشگر توان فتوولتائیک متصل به شبکه مورد بررسی دراین مقاله به صورت یک اینورتر تکفاز بوده و مدولاسیون آن به صورت PWM تک قطبی انجام می شود. پردازشگر توان توسط کلید S1 قابلیت قطع و وصل از شبکه توزیع را دارا میباشد.
در طبقه قبل از اینورتر یک مبدل بوست قرار گرفته که کار ردیابی نقطه حداکثر توان - - MPPT سلولهاي خورشیدي را انجام میدهد - شکل. - 2عملکرد جزیرهاي پس از باز شدن کلید S2 اتفاق میافتد و پردازشگر توان به صورت مستقل از شبکه اصلی به تغذیه بار محلی جزیره میپردازد. یک سیستم کلی که براي مطالعات حفاظت ضدجزیره اي طبق استاندارد IEEE929 استفاده می شود در شکل2 نشان داده شده است. در این سیستم بار محلی به صورت RLC مدل شده است زیرا مشکل سازترین بار از نظر تشخیص عملکرد جزیره اي این نوع بار محسوب می شود. این بار داراي مشخصات زیر می باشد:
-1فرکانس رزونانس آن روي فرکانس شبکه تنظیم می شود.
-2ضریب کیفیت - - Qf آن 2/5 است.
-3توان تولیدي توسط عنصر تولید پراکنده با توان مصرفی بار
برابر است یعنی: در این مقاله توان تولیدي منبع فتوولتائیک 1/5kW فرض شده است. براي اینکه توان مصرفی بار با آن مطابقت داشته باشد مقدار مقاومت 32/27 Ω خواهدبود. شبکه متصل به ناحیه جزیره نیز به صورت یک منبع ولتاژ سري با یک مقاومت و سلف، و موازي با با یک خازن مدل شده است. دراین شکل h نشان دهنده مرتبه هارمونیکی عناصر شبکه توزیع میباشند.
با باز شدن کلید S2 و وقوع حالت جزیره اي امپدانس دیده شده توسط منبع فتوولتائیک تغییر محسوسی خواهد کرد زیرا امپدانس شبکه در برابر امپدانس بار محلی کوچک است وجدا شدن شبکه باعث افزایش امپدانس دیده شده از محل منبع فتوولتائیک خواهد شد.
اندازه گیري امپدانس در هارمونیک اصلی 50 - هرتز ومضارب آن - امکانپذیر نمی باشد زیرا در این فرکانس ها VGrid - h - مخالف صفر است و به همین دلیل اندازه گیري امپدانس باید در یک فرکانس که در شبکه وجود ندارد انجام شود. این فرکانس را معمولاً نزدیک 50 هرتز در نظر میگیرند. مرجع [6] فرکانس 75 هرتز را براي این کار انتخاب کرده است. در این تحقیق نیز جریانی با فرکانس 75 هرتز به شبکه تزریق شده و با بررسی پاسخ ولتاژ آن در حوزه فرکانس امپدانس شبکه اندازه گیري می-شود.
